[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatisierten Entnehmen
von in einem Behälter angeordneten Werkstücken. Insbesondere dient die Vorrichtung
dabei dazu, Gegenstände, deren Position nicht vorher bekannt ist, sicher und gezielt
aus einem Behälter zu entnehmen. Solche Vorrichtungen sind allgemein unter dem Begriff
"Griff in die Kiste" bekannt geworden.
[0002] Übliche Vorrichtungen zum automatisierten Entnehmen von in einem Behälter angeordneten
Werkstücken umfassen dabei eine Erfassungseinheit zum Erfassen der Werkstücke und
einen über einen Roboterarm mit sechs Achsen bewegbaren Greifer zum Greifen und Entnehmen
der Werkstücke aus dem Behälter. Dabei ist eine Steuerung vorgesehen, welche die Daten
der Erfassungseinheit auswertet, die Bewegungsbahn des Roboterarms plant und diesen
entsprechend ansteuert. Zum Bewegen des Greifers wird dabei gemäß dem Stand der Technik
üblicherweise ein standardisierter Industrieroboter eingesetzt.
[0003] Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch erkannt, dass mit einer solchen
Anordnung ein zuverlässiges und prozesssicheres Entnehmen von Werkstücken aus einem
Behälter nicht immer möglich ist.
[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Vorrichtungen zum automatisierten
Entnehmen von in einem Behälter angeordneten Werkstücken zur Verfügung zu stellen,
welche die Prozesssicherheit beim Entnehmen der Werkstücke aus dem Behälter erhöhen.
[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in einem ersten Aspekt durch eine Vorrichtung
gemäß Anspruch 1 sowie in einem zweiten Aspekt durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch
2 gelöst.
[0006] Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
[0007] Die vorliegende Erfindung zeigt dabei in einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zum
automatisierten Entnehmen von in einem Behälter angeordneten Werkstücken, mit einer
Erfassungseinheit zum Erfassen der Werkstücke und einem über einen Roboterarm mit
mindestens sechs Achsen bewegbaren Greifer zum Greifen und Entnehmen der Werkstücke
aus dem Behälter. Weiterhin ist eine Steuerung zur Auswertung der Daten der Erfassungseinheit,
zur Bahnplanung und zur Ansteuerung des Roboterarms und des Greifers vorgesehen. Erfindungsgemäß
ist gemäß dem ersten Aspekt vorgesehen, dass der Roboterarm zum Bewegen des Greifers
ein Greifarmelement mit mindestens zwei weiteren Bewegungsachsen aufweist.
[0008] Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben dabei erkannt, dass durch die Verwendung
von zwei weiteren Bewegungsachsen ein erheblich besserer Entnahmegrad erreicht werden
kann, vor allem bei nicht symmetrischen oder nicht rotationssymmetrischen Teilen.
Insbesondere können durch die insgesamt acht Achsen des Greifarms Werkstücke auch
dann sicher entnommen werden, wenn diese in ungünstigen Positionen beispielsweise
am Behälterrand oder tief unten im Behälter angeordnet sind. Dabei reduziert sich
durch das erfindungsgemäße Greifarmelement der Platz, welcher zum Greifen in der Kiste
benötigt wird. Mit der hierdurch gesteigerten Zugänglichkeit geht ein höherer Entnahmegrad
einher, d.h. die Anzahl der Teile, welche ohne zusätzliche Maßnahmen gegriffen werden
können. Weiterhin werden die Kollisionskonturen mit der Kiste verringert.
[0009] In einem zweiten Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung weiterhin eine Vorrichtung
zum automatisierten Entnehmen von in einem Behälter angeordneten Werkstücken, welche
eine Erfassungseinheit zum Erfassen der Werkstücke und einen Greifer zum Greifen und
Entnehmen der Werkstücke aus dem Behälter umfasst. Weiterhin ist eine Steuerung zur
Auswertung der Daten der Erfassungseinheit, zur Bahnplanung und zur Ansteuerung des
Greifers vorgesehen. Erfindungsgemäß ist der Greifer gemäß dem zweiten Aspekt über
ein Flächenportal mit mindestens zwei, bevorzugt drei Linearachsen und mindestens
zwei zusätzlichen rotatorischen Achsen bewegbar.
[0010] Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben dabei erkannt, dass alternativ zu den
aus dem Stand der Technik bekannten Roboterarmen mit sechs Schwenkachsen auch ein
Flächenportal eingesetzt werden kann, wenn dieses mit mindestens zwei zusätzlichen
rotatorischen Achsen ausgestattet wird.
[0011] Bevorzugt ist der Greifer beim zweiten Aspekt an einem Greifarmelement angeordnet,
welches zusätzlich zu den drei Linearachsen des Flächenportals und ggf. einer weiteren
rotatorischen Achse mindestens eine und bevorzugt zwei weitere Bewegungsachsen zur
Verfügung stellt. Anstelle einer dritten Linearachse können dabei auch eine, zwei
oder mehr weitere rotatorische Achsen ersetzt werden.
[0012] Durch die damit insgesamt mindestens fünf Bewegungsachsen, d. h. die zwei Linearachsen
mit einer oder mehr rotatorischen Achsen oder die drei Linearachsen, die zusätzliche
rotatorische Achse sowie die mindestens eine weitere Bewegungsachse ergibt sich eine
noch höhere Flexibilität und Genauigkeit beim Ansteuern des Greifers. Bevorzugt handelt
es sich bei der weiteren Bewegungsachse dabei ebenfalls um eine rotatorische Achse.
[0013] Darüber hinaus kann das mit dem Greifarmelement ausgestattete Flächenportal insgesamt
zusätzlich zu der rotatorischen Achse mindestens zwei weitere Bewegungsachsen, und
insbesondere zwei weitere rotatorische Achsen, aufweisen, so dass die Vorrichtung
insgesamt mindestens 6 Achsen aufweist.
[0014] Insbesondere kann dabei ein Greifarmelement zum Einsatz kommen, wie es auch beim
ersten Aspekt zur Ausrüstung eines Roboterarms eingesetzt wird.
[0015] Bei den erfindungsgemäß vorgesehenen zusätzlichen Achsen handelt es sich bevorzugt
um rotatorische Achsen, d.h. entweder um Drehachsen, welche eine Drehbewegung von
360° zulassen, oder um Schwenkachsen mit einem kleineren Schwenkbereich.
[0016] Das erfindungsgemäß beim ersten oder zweiten Aspekt eingesetzte Greifarmelement weist
dabei besonders bevorzugt mindestens zwei rotatorische Achsen auf, und insbesondere
ein Dreh- und ein Schwenkwerk. Insbesondere kann das Drehwerk dabei zwischen dem Greifer
und dem Schwenkwerk angeordnet sein.
[0017] Besonders bevorzugt wird damit zum Bewegen des Greifers im ersten Aspekt ein Roboterarm
eingesetzt, an welchem das Greifarmelement angeordnet ist und damit zwei weitere rotatorische
Achsen zur Verfügung stellt. Gemäß dem zweiten Aspekt wird besonders bevorzugt ein
Flächenportal mit mindestens zwei oder drei Linearachsen eingesetzt, an welchem das
Greifarmelement angeordnet ist und damit mindestens zwei weitere rotatorische Achsen
zur Verfügung stellt. Besonders bevorzugt ist in diesem Fall noch eine weitere rotatorische
Achse, insbesondere eine Drehachse, vorgesehen.
[0018] Die vorliegende Erfindung kann dabei mit beliebigen Greifern eingesetzt werden. Insbesondere
kann es sich dabei beim Greifer um einen magnetischen, um einen pneumatischen und/oder
um einen mechanischen Greifer handeln.
[0019] Besonders bevorzugt kommt die vorliegende Erfindung dabei mit einem mechanischen
Greifer zum Einsatz, da dieser eine besonders hohe Greifgenauigkeit ermöglicht. Zudem
erlauben die erfindungsgemäß vorgesehenen zusätzlichen Achsen ein besonders exaktes
Heranfahren des Greifers an die Greifzone des zu greifenden Werkstückes. Hierdurch
wird ein sicheres Greifen der Werkstücke im Behälter auch in schwierigen Greifsituationen
möglich.
[0020] Insbesondere kann es sich bei dem erfindungsgemäßen Greifer dabei um einen Fingergreifer,
beispielsweise um einen Zweifingergreifer handeln.
[0021] In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Greifer dabei gekröpft an dem Greifarmelement
angeordnet sein. Eine solche gekröpfte Anordnung des Greifers ermöglicht ein vereinfachtes
Greifen von Werkstücken, welche beispielsweise nahe an einer Behälterinnenwand angeordnet
sind.
[0022] Insbesondere kann dabei die Mittelachse der Greifzone des Greifers gegenüber der
Drehachse der letzten rotatorischen Achse versetzt angeordnet sein.
[0023] Besonders bevorzugt bilden dabei weiter oben am Greifarm angeordnete Elemente keine
Störkanten im Hinblick auf den Greifer. Hierdurch wird verhindert, dass der Greifer
nicht in die gewünschte Position zugestellt werden kann.
[0024] Insbesondere kann es sich bei dem erfindungsgemäßen Greifer um einen Finger- und/oder
einen Backengreifer handeln, dessen Greiffinger bzw. Greifbacken an einer Außenkante
des Greifers angeordnet sind. Hierdurch kann der Greifer auch ganz bis an die Seitenwände
des Behälters hin zuverlässig greifen. Insbesondere kann es sich dabei um einen Zweifingergreifer
bzw. um einen Zweibackengreifer handeln. Vorteilhafterweise ist dabei die Verbindungslinie
zwischen den zwei Fingern bzw. den zwei Backen gegenüber der Drehachse der letzten
rotatorischen Achse und insbesondere des letzten Drehgelenks nach außen versetzt.
Insbesondere kann dabei die Verbindungslinie tangential zu der Drehachse der letzten
rotatorischen Achse verlaufen.
[0025] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Greifarmelement
so am Roboterarm bzw. Flächenportal angeordnet, dass zum Greifen von Werkstücken immer
nur der Greifarm und ggf. der letzte Schwenkarm des Roboterarms bzw. des Flächenportals,
an welchem der Greifarm angeordnet ist, in den Behälter hineingeführt werden müssen,
selbst wenn das zu greifende Werkstück am Boden des Behälters angeordnet ist. Insbesondere
bildet das Greifarmelement dabei eine Greifarmverlängerung, wobei die Länge des Greifarms
ggf. zusammen mit der Länge des letzten Schwenkarms des Roboterarms bzw. des Flächenportals,
an welchem der Greifarm angeordnet ist, gleich oder größer ist als die Höhe der Seitenwände
des Behälters. Die weiter oben angeordneten Teile des Roboterarms bzw. des Flächenportals
bilden somit keine Störkanten, welche berücksichtigt werden müssten.
[0026] Das erfindungsgemäß eingesetzte Greifarmelement weist, wie oben bereits dargestellt,
bevorzugt ein Dreh- und ein Schwenkwerk auf, wobei das Drehwerk zwischen dem Greifer
und dem Schwenkwerk angeordnet ist und damit die letzte Achse des Greifarmelementes
bildet.
[0027] Die beiden rotatorischen Achsen des Greifarmelementes stehen dabei bevorzugt senkrecht
aufeinander und kreuzen sich besonders bevorzugt. Bevorzugt sind die beiden rotatorischen
Achsen dabei möglichst nahe am Greifer angeordnet, so dass sich ein kompakter Aufbau
ergibt.
[0028] Weiterhin bevorzugt weist das Greifarmelement in Bezug auf den Behälter und/oder
die Werkstücke, welche gegriffen werden sollen, solche Abmessungen auf, dass das Greifarmelement
unabhängig von der Position des zu greifenden Werkstückes innerhalb des Behälters
in der zum Greifen notwendigen Greifposition in den Behälter eingeführt werden kann.
[0029] Hierfür ist insbesondere die maximale Kröpfung K des Greifers in Bezug auf die vorletzte
rotatorische Achse, welche bevorzugt eine Schwenkachse darstellt, von entscheidender
Bedeutung.
[0030] Da die Kröpfung K des Greifers in Bezug auf die vorletzte rotatorische Achse in Abhängigkeit
von der Schwenkstellung dieser Achse sowohl von der Länge des Abschnittes des Greifarmelementes
zwischen der letzten und der vorletzten rotatorischen Achse als auch von der Länge
des Abschnittes des Greifarmelementes zwischen der letzten rotatorischen Achse und
dem Greifer abhängt, ist die maximale Kröpfung K dabei als der maximale Abstand zwischen
der Außenkante der vorletzten Achse des Greifarmelementes und der Außenkante des Greifers
inklusive den Greifelementen definiert.
[0031] Bevorzugt weist das Greifarmelement in Bezug auf den Behälter dabei die Abmessungen

auf, wobei K den maximalen Abstand zwischen der Außenkante der vorletzten Achse des
Greifarmelementes und der Außenkante des Greifers darstellt, und W die Länge der kleineren
Seitenfläche des Behälters. Bevorzugt weist der Behälter dabei eine rechteckige Grundfläche
auf.
[0032] Weiterhin bevorzugt weist das Greifarmelement in Bezug auf den Behälter und das Werkstück
die Abmessungen

auf, wobei Bw die Dicke des Werkstückes in Eingreifrichtung des Greifers in das Werkstück
darstellt, d.h. in der Richtung, in welcher der Greifer zum Greifen an bzw. in das
Werkstück herangefahren wird. Bei einem Fingergreifer wäre dies die Richtung, in welcher
die Greiffinger in das Werkstück gefahren werden.
[0033] Weiterhin bevorzugt weist das Greifarmelement in Bezug auf das Werkstück die Abmessungen

auf, wobei Lg die Länge des Greifers in Bewegungsrichtung der Greifelemente des Greifers,
insbesondere in Richtung der Verbindungslinie zwischen den zwei Fingern bzw. den zwei
Backen eines Zwei-Finger-Greifers oder eines Zwei-Backen-Greifers, darstellt, und
Lw die maximale Länge des Werkstückes in einer Verbindungsrichtung zwischen zwei Greifpunkten
des Werkstückes darstellt.
[0034] Der Behälter und/oder die Werkstücke können dabei Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sein, welche damit ein System mit diesen Komponenten bildet.
[0035] Weiterhin kann erfindungsgemäß eine Ausgleichseinheit vorgesehen sein, welche bei
Kollisionen des Greifers eine Ausweichbewegung erlaubt. Eine solche Ausgleichseinheit
verhindert eine Überlastung der Bewegungsmechanik und sorgt zudem dafür, dass ohne
häufige Systemstops gearbeitet werden kann.
[0036] Insbesondere ist die Ausgleichseinheit dabei so aufgebaut, dass diese bis zu einer
gewissen ersten Grenzbelastung starr ist, so dass eine eindeutige Position des Greifers
im Hinblick auf die Bewegungsachsen definiert ist. Insbesondere ist diese erste Belastung
dabei höher als die durch das Eigengewicht des Greifers bzw. des Greifarms ausgeübte
Belastung und/oder die Belastungen im Normalbetrieb. Hierdurch löst die Ausgleichseinheit
erst dann aus, wenn eine Kollision eintritt.
[0037] Vorteilhafterweise wird der Greifarm dabei noch um eine definierte Wegstrecke weiterbewegt,
wenn eine Kollision durch ein Auslösen der Ausgleichseinheit detektiert wird.
[0038] Vorteilhafterweise ist die Ausgleichseinheit so angeordnet, dass sie eine Ausweichbewegung
des gesamten erfindungsgemäßen Greifarmelementes mit dem mindestens ein und vorteilhafterweise
mindestens zwei weiteren Bewegungsachsen erlaubt. Insbesondere kann die Ausgleichseinheit
dabei zwischen dem Roboterarm und dem Greifarmelement angeordnet sein, bzw. zwischen
dem Flächenportal und dem Greifarmelement.
[0039] Alternativ oder zusätzlich kann auch eine in dem Greifarmelement integrierte Ausgleichseinheit
vorgesehen sein, insbesondere zum Ausgleich von rotatorischen Bewegungen.
[0040] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Steuerung die beiden Achsen des Greifarmelementes
als reine Stellachsen ansteuert. Hierdurch ergibt sich trotz der zwei weiteren Achsen
eine einfache Ansteuerung, bei welcher bspw. auf Standardsoftware zum Ansteuern des
Roboterarms zurückgegriffen werden kann.
[0041] Insbesondere kann die Steuerung erfindungsgemäß lediglich die notwendige Endposition
der Achsen des Greifarmelementes berechnen, welche ein Greifen des Werkstückes erlauben.
Bevorzugt werden die beiden Achsen des Greifarmelementes dabei an ihre Zielposition
gestellt, bevor das Heranfahren des Greifers an das zu greifende Werkstück erfolgt.
[0042] Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Steuerung die Zustellung des Greifers an
das Werkstück über eine Ansteuerung der übrigen Achsen veranlasst. Insbesondere werden
die übrigen Achsen dabei vorteilhafterweise so angesteuert, dass der Greifer ohne
Kollision an das Werkstück herangefahren wird.
[0043] Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Position der Stellachsen des Greifarmelementes
von der Steuerung lediglich im Hinblick auf die geänderte Position des Greifers in
Bezug auf den Roboterarm bzw. das Flächenportal und/oder die durch die Verstellung
der Stellachsen geänderten Störkanten des Greifarms berücksichtigt wird.
[0044] Insbesondere kann so eine vorhandene Steuersoftware zum Ansteuern des Roboterarms
bzw. des Flächenportales eingesetzt werden, und dabei auf die übliche Bahnplanung
zurückgegriffen werden, wobei das Greifarmelement lediglich im Hinblick auf die geänderte
Position des Greifers in Bezug auf den Roboterarm bzw. das Flächenportal und die geänderten
Störkantendes Greifarms berücksichtigt wird.
[0045] Alternativ kann vorgesehen sein, dass die zusätzlichen Achsen als zusätzliche vollwertige
NC-Achsen in der Robotersteuerung integriert sind und damit eine synchrone Bewegung
zulassen.
[0046] Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung der automatisierten Positionierung
der entnommenen Werkstücke an einer Zielaufnahme dienen, wobei die Steuerung den Greifer
so bewegt, dass die Werkstücke von dem Behälter aus direkt an der Zielaufnahme angeordnet
werden. Die zusätzlichen Achsen gemäß der vorliegenden Erfindung erlauben die hierfür
notwendige Greifgenauigkeit.
[0047] Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann dabei zum Handhaben beliebiger
Werkstücke eingesetzt werden. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dabei
auch zum Handhaben von Werkstücken eingesetzt werden, welche nur eine oder eine bestimmte
Anzahl von fest definierten Greifzonen aufweist, welche durch den Greifer genau angefahren
werden müssen.
[0048] Die Werkstücke können dabei aus beliebigen Materialien gefertigt sein, beispielsweise
aus Metall, aus Kunststoff oder aus einer Kombination aus Metall und Kunststoff. Insbesondere
kann es sich dabei auch um Werkstücke handeln, welche nur in einem Teilbereich eine
Greifzone aufweisen. Beispielsweise kann es sich dabei um Werkstücke handeln, welche
nur in einem Teilbereich aus Metall gefertigt sind, und welche in diesem Teilbereich
durch einen magnetischen Greifer gegriffen werden müssen.
[0049] Die Werkstücke können dabei erfindungsgemäß ungeordnet im Behälter angeordnet sein,
und dennoch sicher gegriffen werden. Die erfindungsgemäße Erfassungseinheit ermittelt
dabei zunächst Daten in Bezug auf die Werkstücke im Behälter, wobei die Steuerung
anhand dieser Daten einzelne Werkstücke identifiziert und aus diesen Werkstücken ein
Werkstück auswählt, welches gegriffen werden soll. Anhand der Positionsdaten des zum
Greifen ausgewählten Werkstücks erfolgt dann eine Bahnplanung für die Bewegungsachsen,
über welche der Greifer an das Werkstück herangefahren werden soll. Bei der Bahnplanung
erfolgt dabei vorteilhafterweise eine Kollisionsüberprüfung, welche sicherstellt,
dass der Greifer bzw. der Greifarm bei der Bewegung zum Werkstück hin nicht mit Störkanten
wie beispielsweise anderen Werkstücken oder den Behälterwänden kollidiert.
[0050] Zum Erfassen der Werkstücke kann dabei erfindungsgemäß ein optisches System eingesetzt
werden, besonders bevorzugt ein Laserscanner, insbesondere ein 3D-Laserscanner. Die
Erfassungseinheit kann dabei insbesondere oberhalb des Behälters angeordnet sein.
[0051] Die Vorrichtung kann besonders bevorzugt so angesteuert werden, dass die im Behälter
befindlichen Werkstücke immer dann erfasst werden, wenn ein Werkstück entnommen wurde
und gerade an einer Zielaufnahme abgelegt wird. Hierdurch kann das nächste zu greifende
Werkstück identifiziert und ausgewählt werden, anhand dessen dann die Bahnplanung
für den nächsten Greifvorgang erfolgt.
[0052] Neben der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die vorliegende Erfindung weiterhin
ein Greifarmelement für eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Insbesondere kann das Greifarmelement
dabei einen Greifer tragen und mindestens zwei zusätzliche Achsen zum Bewegen des
Greifers aufweisen. Vorteilhafterweise sind Greifer und/oder Greifarmelement dabei
so aufgebaut, wie dies bereits oben im Hinblick auf die erfindungsgemäße Vorrichtung
näher dargestellt wurde.
[0053] Insbesondere kann das erfindungsgemäße Greifarmelement dabei mindestens zwei rotatorische
Achsen aufweisen, insbesondere eine Schwenk- und eine Drehachse. Weiterhin vorteilhafterweise
ist der Greifer dabei gekröpft am Greifarmelement angeordnet.
[0054] Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin gemäß dem ersten Aspekt ein Verfahren
zum automatisierten Entnehmen von in einem Behälter angeordneten Werkstücken, mit
den Schritten: Erfassen der Werkstücke; Greifen eines Werkstückes mit einem Greifer;
und Entnehmen des Werkstückes aus dem Behälter. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen,
dass der Greifer über einen Roboterarm mit mindestens sechs Achsen und ein weiteres
Greifarmelement mit mindestens zwei weiteren Bewegungsachsen bewegt wird.
[0055] In einem zweiten Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum automatisierten
Entnehmen von in einem Behälter angeordneten Werkstücken, mit den Schritten: Erfassen
der Werkstücke; Greifen eines Werkstückes mit einem Greifer; und Entnehmen des Werkstückes
aus dem Behälter. Gemäß diesem Aspekt wird der Greifer über ein Flächenportal mit
mindestens drei Linearachsen und mindestens einer zusätzlichen rotatorischen Achse
bewegt. Besonders bevorzugt kommt zum Bewegen des Greifers dabei neben der rotatorischen
Achse ein Greifarmelement mit mindestens einer und bevorzugt zwei Bewegungsachsen
zum Einsatz.
[0056] Vorteilhafterweise werden die beiden erfindungsgemäßen Verfahren dabei so durchgeführt,
wie dies bereits oben beschrieben wurde. Insbesondere können die zwei weiteren Bewegungsachsen
des Greifarmelementes dabei als reine Stellachsen dienen, während die eigentliche
Greifbewegung des Greifers wie üblich über die sechs Achsen des Roboterarms bzw. über
das Flächenportal erfolgt. Alternativ können die zwei weiteren Bewegungsachsen als
vollwertige NC-Achsen in die Robotersteuerung integriert werden und damit eine synchronisierte
Bewegung zulassen.
[0057] Besonders bevorzugt erfolgen die erfindungsgemäßen Verfahren dabei unter Verwendung
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie sie oben beschrieben wurde.
[0058] Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm zur Durchführung
eines der erfindungsgemäßen Verfahren, wie sie oben beschrieben wurden. Insbesondere
kann es sich dabei um ein Computerprogramm zur Implementierung einer Steuerung für
eine Vorrichtung handeln, wie sie oben beschrieben wurde. Das erfindungsgemäße Computerprogramm
kann dabei beispielsweise auf einem Datenträger oder im Speicher einer Steuerung abgespeichert
sein.
[0059] Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen sowie Zeichnungen
näher beschrieben.
[0060] Dabei zeigen:
- Figur 1:
- ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welchem der
Greifer über ein Greifarmelement mit zwei weiteren Bewegungsachsen an einem sechsachsigen
Industrieroboter angeordnet ist,
- Figur 2:
- eine Detailansicht des dabei eingesetzten Greifarmelementes,
- Figur 3:
- eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung der Abmessungen eines erfindungsgemäßem Greifarmelementes
in Bezug auf die Abmessungen eines Behälters und/oder der Werkstücke und
- Figur 4:
- ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher ein
erfindungsgemäßes Greifarmelement an einem Flächenportal angeordnet ist.
[0061] Figuren 1 und 3 zeigen Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
welche zum Entnehmen von in einem Behälter 1 angeordneten Werkstücken dient. Insbesondere
sind die Werkstücke dabei ungeordnet im Behälter 1 angeordnet.
[0062] Dabei ist eine Erfassungseinheit 2 vorgesehen, welche die im Behälter befindlichen
Werkstücke erfasst. Insbesondere kann es sich dabei um einen Laserscanner, insbesondere
um einen 3D-Laserscanner handeln. Die Erfassungseinheit ist oberhalb des Behälters
angeordnet und sieht so in diesen hinein. Erfindungsgemäß ist dabei eine Steuerung
vorgesehen, welche die von der Erfassungseinheit 2 generierten Daten auswertet. Hierdurch
werden die im Behälter befindlichen Werkstücke identifiziert und ein zum Greifen geeignetes
Werkstück ausgewählt. Anhand der Positionsdaten des ausgewählten Werkstückes erfolgt
dann eine Bahnplanung für die Bewegungsbahn des Greifers.
[0063] Der Greifer wird dabei bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel über einen
Industrieroboter 3 angesteuert, dessen Roboterarm sechs Achsen aufweist. Insbesondere
ist der Roboterarm dabei über eine erste vertikale Drehachse 5 auf einem Podest angeordnet,
wobei ein erster Schwenkarm über eine Schwenkachse 6 an einem Basiselement des Roboterarms
angeordnet ist. Am ersten Schwenkarm ist ein zweiter Schwenkarm über eine Schwenkachse
7 angeordnet. Dieser Schwenkarm weist eine Drehachse 8 auf, und trägt eine weitere
Schwenkachse 9. An dieser ist ein dritter Schwenkarm angeordnet, welcher wiederum
eine Drehachse 10 aufweist.
[0064] Erfindungsgemäß ist nun am Ende dieses Roboterarms ein Greifarmelement 4 angeordnet,
welches zwei weitere Bewegungsachsen aufweist. Am Ende des Greifarmelementes ist dann
der Greifer angeordnet, über welchen das Werkstück gegriffen werden kann.
[0065] Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Greifer dabei um einen mechanischen
Greifer. Alternativ könnte jedoch auch ein magnetischer oder pneumatischer Greifer
zum Einsatz kommen.
[0066] Die zwei weiteren Bewegungsachsen des erfindungsgemäßen Greifarmelementes erlauben
ein Greifen auch von solchen Werkstücken, welche beispielsweise in einer Position
ganz an einer Seitenwand der Kiste 1 angeordnet sind und so ohne die zusätzlichen
Achsen nicht ordnungsgemäß gegriffen werden könnten. Insbesondere können so auch Werkstücke
mit nur einer einzigen möglichen Greifzone, welche exakt aus der richtigen Richtung
angefahren werden muss, gegriffen werden.
[0067] Die Ansteuerung kann dabei erfindungsgemäß so erfolgen, dass die beiden zusätzlichen
Achsen des Greifarmelementes als reine Stellachsen angesteuert werden. Die Steuerung
berechnet damit lediglich die zum Greifen des ausgewählten Werkstückes benötigte Endposition
der letzten beiden Achsen. Die beiden Achsen des Greifarmelementes werden dann vor
dem eigentlichen Greifvorgang in die so berechnete Zielposition gefahren.
[0068] Bei der Ansteuerung des Roboterarms 3 wird die Position der beiden Bewegungsachsen
des Greifarmelementes dann nur im Hinblick auf die hierdurch veränderte Nullposition
des Greifers, d.h. die geänderte Position des Greifers relativ zum letzten Schwenkarm
des Roboterarms, sowie die durch diesen gebildeten Störkanten berücksichtigt. Ansonsten
erfolgt die Bahnplanung für die Bewegung des Greifers für den Greifvorgang anhand
der üblichen sechs Achsen des Roboterarms, und kann somit mit der Standardsoftware
des Roboters durchgeführt werden.
[0069] Alternativ kann vorgesehen sein, dass die zusätzlichen Achsen als zusätzliche vollwertige
NC-Achsen in der Robotersteuerung integriert sind und damit eine synchrone Bewegung
zulassen.
[0070] In Figur 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Greifarmelementes
4 dargestellt. Dieses kann über die Verbindungseinheit 14 mit dem Ende des Roboterarms
verbunden werden.
[0071] Bei den beiden Bewegungsachsen handelt es sich im Ausführungsbeispiel um rotatorische
Achsen. Insbesondere ist dabei eine Schwenkachse 12 vorgesehen, welche im Ausführungsbeispiel
senkrecht auf der letzten Drehachse 10 des Roboterarms steht. Weiterhin ist eine Drehachse
13 vorgesehen, welche dann wiederum senkrecht auf der Schwenkachse 12 steht.
[0072] Das Greifarmelement ist weiterhin mit einer Ausgleichseinheit 11 ausgestattet, welche
zwischen dem Roboterarm und der ersten Bewegungsachse des Greifarmelementes angeordnet
ist. Die Ausgleichseinheit 11 erlaubt so bei einer Kollision des Greifers mit Störkanten
eine gewisse Ausgleichsbewegung des gesamten Greifarmelementes.
[0073] Das Greifarmelement bildet erfindungsgemäß eine Greifarmverlängerung, wobei der Großteil
des Roboterarms selbst überhaupt nicht mehr in den Behälter hineingeführt werden muss
und somit auch keine Störkante mehr bildet, welche berücksichtigt werden müsste. Bevorzugt
sind dabei die beiden Bewegungsachsen am unteren Ende des Greifarmelementes angeordnet.
Bevorzugt muss dabei der Roboterarm oberhalb der Schwenkachse 9, d.h. bis auf den
letzten Schwenkarm, nicht in den Behälter gefahren werden, und bildet damit keine
Störkante.
[0074] Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Greifer um einen mechanischen Greifer
mit zwei Greiffingern 15, welche über einen Antrieb 16 aufeinander zu- und voneinander
weg bewegt werden können. Die Greiffinger 15 sind dabei an der Außenkante des Greifarmelementes
angeordnet, so dass das Greifarmelement keine Störkante aufweist, welche auf der Außenseite
über die Greiffinger 15 hinausreichen würde. Die Verbindungslinie der Greiffinger
15 und damit die Bewegungsrichtung der Greiffinger verläuft dabei tangential zur Drehachse
13.
[0075] Weiterhin ist der Greifer gekröpft an dem Greifarmelement angeordnet. Insbesondere
ist dabei der Greifer seitlich gegenüber der letzten Drehachse 13 versetzt angeordnet.
Insbesondere ist dabei die Verbindungslinie der Greiffinger 15 gegenüber der Drehachse
13 nach außen versetzt. Hierdurch können Werkstücke, welche beispielsweise nahe an
einer Seitenwand angeordnet sind, dennoch leicht gegriffen werden.
[0076] Insbesondere kann so der Greifer bis an die Seitenwand des Behälters herangefahren
werden, während das übrige Greifarmelement immer noch einen ausreichenden Abstand
zur Seitenwand aufweist.
[0077] Wie anhand von Fig. 3 näher erläutert, weist das Greifarmelement dabei in Bezug auf
den Behälter und/oder die Werkstücke, welche gegriffen werden sollen, solche Abmessungen
auf, dass das Greifarmelement unabhängig von der Position des zu greifenden Werkstückes
innerhalb des Behälters in der zum Greifen notwendigen Greifposition in den Behälter
eingeführt werden kann.
[0078] Der Behälter 1 weist dabei eine rechteckige Grundfläche auf, wobei die Länge der
längeren Seitenfläche des Behälters mit L angegeben ist und die Länge der kürzeren
Seitenfläche mit W. Das Werkstück 30 weist in Eingreifrichtung des Greifers in das
Werkstück eine Dicke Bw auf, und senkrecht hierzu in Richtung der Verbindungslinie
der beiden Greifpunkte, an welchen die Greiffinger des Greifers ansetzen, eine Länge
Lw.
[0079] Für die Manövrierbarkeit des Greifers ist dabei insbesondere die maximale Kröpfung
K des Greifers in Bezug auf die Schwenkachse 12 von entscheidender Bedeutung. In den
beiden kleinen Figuren in Fig. 3 ist dabei dargestellt, dass die Kröpfung K des Greifers
in Bezug auf die Schwenkachse 12 von der Schwenkstellung dieser Achse abhängt. Die
maximale Kröpfung ist damit der Wert, der sich bei der ungünstigsten Stellung der
Schwenkachse ergibt und stellt dabei insbesondere den maximale Abstand zwischen der
Außenkante der Schwenkachse 12 und der Außenkante des Greifers 25 inklusive den Greifelementen
15 dar.
[0080] Bevorzugt weist das Greifarmelement in Bezug auf den Behälter dabei die Abmessungen

auf, kann also auch bei einem wie in Fig. 3 dargestellten im Behälter in Bezug auf
die Schmalseite mittig angeordneten Werkstück 30 noch seitlich neben dem Werkstück
in die Kiste gefahren werden.
[0081] Weiterhin bevorzugt weist das Greifarmelement in Bezug auf das Werkstück die Abmessungen

auf, wobei Lg die Länge des Greifers in Bewegungsrichtung der Greifelemente des Greifers
darstellt, so dass der Greifer bei einem wie in Fig. 3 dargestellt an einer Seitenwand
platzierten Werkstück dennoch an dieses herangefahren werden kann.
[0082] In Figur 4 ist nun ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
dargestellt. Dabei wird kein Roboterarm zum Bewegen des Greifers eingesetzt, sondern
ein Flächenportal. Das Flächenportal weist dabei drei lineare Bewegungsachsen 20 bis
22 auf. Insbesondere ist dabei ein seitlich verfahrbarer Portalbalken 17 vorgesehen,
an welchem ein Schlitten 18 in Richtung 21 bewegbar ist. Am Schlitten 18 ist wiederum
ein Balken 19 in vertikaler Richtung 22 bewegbar.
[0083] An diesem Flächenportal ist nun über eine rotatorische Achse 23, insbesondere eine
Drehachse, das in Figur 2 gezeigte erfindungsgemäße Greifarmelement mit zwei weiteren
Bewegungsachsen angeordnet. Bei dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel werden
damit sechs Bewegungsachsen, d. h. drei lineare Bewegungsachsen und drei rotatorische
Bewegungsachsen, zum Bewegen des Greifers eingesetzt.
[0084] Alternativ könnte jedoch auf eine der drei rotatorischen Bewegungsachsen verzichtet
werden, beispielsweise auf die rotatorische Achse 23 oder eine der beiden Achsen des
Greifarmelementes. Dies reicht in einfacheren Fällen aus, um Werkstücke sicher und
gezielt zu greifen.
[0085] Alternativ zum Einsatzes eines Flächenportals mit 3 Linearachsen könnte auch ein
Flächenportal mit nur 2 Linearachsen eingesetzt werden, wobei die fehlende Linearachse
durch eine oder mehrere weitere Rotationsachsen, insbesondere zwei oder drei Rotationsachsen,
ersetzt wird. Insbesondere könnte dabei die z-Achse des in Fig. 4 gezeigten Flächenportals
in dieser Weise ersetzt werden.
[0086] Die Ansteuerung des zweiten Ausführungsbeispiels kann dabei analog zur Ansteuerung
des ersten Ausführungsbeispiels erfolgen. Insbesondere können auch hier die Achsen
des Greifarmelementes und/oder die zusätzliche rotatorische Achse als reine Stellachsen
betrieben werden, während das eigentliche Heranfahren an das Werkstück über das Flächenportal
erfolgt.
[0087] Die vorliegende Erfindung ermöglicht so ein prozesssicheres Greifen von Werkstücken,
welche so direkt aus einem Behälter entnommen und an einer Zielaufnahme abgelegt werden
können.
[0088] Weiterhin lässt sich durch die vorliegende Erfindung auch eine 100%-ige Entleerung
des Behälters erreichen.
1. Vorrichtung zum automatisierten Entnehmen von in einem Behälter angeordneten Werkstücken,
mit einer Erfassungseinheit zum Erfassen der Werkstücke und einem über einen Roboterarm
mit mindestens 6 Achsen bewegbaren Greifer zum Greifen und Entnehmen der Werkstücke
aus dem Behälter,
und einer Steuerung zur Auswertung der Daten der Erfassungseinheit, zur Bahnplanung
und zur Ansteuerung des Roboterarms und des Greifers, dadurch gekennzeichnet,
dass der Roboterarm zum Bewegen des Greifers ein Greifarmelement mit mindestens zwei weiteren
Bewegungsachsen aufweist.
2. Vorrichtung zum automatisierten Entnehmen von in einem Behälter angeordneten Werkstücken,
mit einer Erfassungseinheit zum Erfassen der Werkstücke und einem Greifer zum Greifen
und Entnehmen der Werkstücke aus dem Behälter,
und einer Steuerung zur Auswertung der Daten der Erfassungseinheit, zur Bahnplanung
und zur Ansteuerung des Greifers,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Greifer über ein Flächenportal mit mindestens 2 und bevorzugt 3 Linearachsen
und mindestens zwei zusätzlichen rotatorischen Achsen bewegbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Greifer an einem Greifarmelement angeordnet
ist, welches zusätzlich zu den zwei oder drei Linearachsen des Flächenportals und
ggf. einer weiteren rotatorischen Achse mindestens eine und bevorzugt zwei weitere
Bewegungsachsen zur Verfügung stellt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Greifarmelement mindestens zwei rotatorische
Achsen aufweist, insbesondere ein Dreh- und ein Schwenkwerk, wobei vorteilhafterweise
das Drehwerk zwischen dem Greifer und dem Schwenkwerk angeordnet ist und/oder wobei
es sich bei dem Greifer um einen mechanischen Greifer handelt, insbesondere um einen
Finger- oder eine Backengreifer, insbesondere um einen Zwei-Finger-Greifer oder einen
Zwei-Backen-Greifer, wobei bevorzugt die Greiffinger bzw. Greifbacken an einer Außenkante
des Greifers angeordnet sind, wobei weiterhin vorteilhafterweise die Verbindungslinie
zwischen den zwei Fingern bzw. den zwei Backen gegenüber der Drehachse der letzten
rotatorischen Achse nach außen versetzt ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Greifer gekröpft an
dem Greifarmelement angeordnet ist, wobei vorteilhafterweise die Mittelachse des Greifer
gegenüber der Drehachse der letzten rotatorischen Achse, insbesondere des Drehwerks,
versetzt angeordnet ist und/oder wobei vorteilhafterweise weiter oben am Greifarm
angeordnete Elemente keine Störkanten zum Greifer bilden.
6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Greifarmelement dabei
in Bezug auf den Behälter und/oder die Werkstücke, welche gegriffen werden sollen,
solche Abmessungen auf, dass das Greifarmelement unabhängig von der Position des zu
greifenden Werkstückes innerhalb des Behälters in der zum Greifen notwenigen Greifposition
in den Behälter eingeführt werden kann.
7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Greifarmelement in
Bezug auf den Behälter die Abmessungen

aufweist, wobei K den maximalen Abstand zwischen der Außenkante der vorletzten Achse
des Greifarmelementes und der Außenkante des Greifers darstellt, und W die Länge der
kleineren Seitenfläche des Behälters,
wobei vorteilhafterweise das Greifarmelement in Bezug auf den Behälter und das Werkstück
die Abmessungen

aufweist, wobei Bw die Dicke des Werkstückes in Eingreifrichtung des Greifers in das
Werkstück darstellt.
8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Greifarmelement in
Bezug auf das Werkstück die Abmessungen

aufweist, wobei Lg die Länge des Greifers in Bewegungsrichtung der Greifelemente des
Greifers, insbesondere in Richtung der Verbindungslinie zwischen den zwei Fingern
bzw. den zwei Backen eines Zwei-Finger-Greifers oder eines Zwei-Backen-Greifers, darstellt
und Lw die maximale Länge des Werkstückes in einer Verbindungsrichtung zwischen zwei
Greifpunkten des Werkstückes darstellt.
9. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei es sich um einen Finger-
und/oder Backengreifer handelt, dessen Greiffinger bzw. Greifbacken an einer Außenkante
des Greifers angeordnet sind, wobei es sich insbesondere um einen 2-Finger-Greifer
bzw. einen 2-Backen-Greifer handelt, und/oder wobei das Greifarmelement so am Roboterarm
bzw. Flächenportal angeordnet ist, dass zum Greifen von Werkstücken immer nur der
Greifarm und ggf. der letzte Schwenkarm des Roboterams bzw. des Flächenportals, an
welchem der Greifarm angeordnet ist, in den Behälter hineingeführt werden müssen,
selbst wenn das zu greifende Werkstück am Boden des Behälters angeordnet ist und/oder
wobei mindestens eine Ausgleichseinheit vorgesehen ist, welche bei Kollisionen des
Greifers eine Ausweichbewegung erlaubt, wobei die Ausgleichseinheit vorteilhafterweise
eine Ausweichbewegung des gesamten Greifarmelementes erlaubt und/oder wobei eine Ausgleichseinheit
innerhalb der Greifarmverlängerung angeordnet ist, insbesondere eine Ausgleichseinheit
zum Ausgleich von Dreh- und/oder Schwenkbewegungen.
10. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Steuerung die beiden
Achsen des Greifarmelementes als reine Stellachsen ansteuert, wobei die Steuerung
vorteilhafterweise lediglich die notwendige Endposition dieser Achsen berechnet, welche
ein Greifen des Werkstück erlaubt und/oder wobei die Steuerung vorteilhafterweise
die Zustellung des Greifers an das Werkstück über eine Ansteuerung der übrigen Achsen
veranlasst, wobei weiterhin vorteilhafterweise die Position der Stellachsen des Greifarmelementes
von der Steuerung lediglich im Hinblick auf die geänderte Position des Greifers in
Bezug auf den Roboterarm bzw. das Flächenportal und/oder die geänderten Störkanten
des Greifarms berücksichtigt wird.
11. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, welche der automatisierten Positionierung
der Werkstücke an einer Zielaufnahme dient, wobei die Steuerung den Greifer so bewegt,
dass die Werkstücke von dem Behälter aus direkt an der Zielaufnahme angeordnet werden.
12. Greifarmelement für eine Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit
einem Greifer und mindestens zwei zusätzlichen Achsen zum Bewegen des Greifers.
13. Verfahren zum automatisierten Entnehmen von in einem Behälter angeordneten Werkstücken,
insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
mit den Schritten:
- Erfassen der Werkstücke,
- Greifen eines Werkstückes mit einem Greifer,
- Entnehmen des Werkstückes aus dem Behälter,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Greifer über einen Roboterarm mit mindestens 6 Achsen und ein weiteres Greifarmelement
mit mindestens zwei weiteren Bewegungsachsen bewegt wird.
14. Verfahren zum automatisierten Entnehmen von in einem Behälter angeordneten Werkstücken,
insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
mit den Schritten:
- Erfassen der Werkstücke,
- Greifen eines Werkstückes mit einem Greifer,
- Entnehmen des Werkstückes aus dem Behälter,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Greifer über ein Flächenportal mit mindestens 3 Linearachsen und mindestens zwei
zusätzlichen rotatorischen Achsen bewegt wird, wobei zusätzlich zu den 3 Linearschen
und ggf. einer rotatorischen Achse vorteilhafterweise ein Greifarmelement mit mindestens
einer und bevorzugt zwei weiteren Bewegungsachsen zum Einsatz kommt.
15. Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 13 oder
14, insbesondere Computerprogramm zur Implementierung einer Steuerung für eine Vorrichtung
nach einem der Ansprüche 1 bis 11.